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不 可 2015.06.10 第161 回磁気共鳴懇話会 転 載 "Restudy“ 改めて理解するMR 画像の成り立ち GE Healthcare Japan Radiology Promotion MR Imagination at work. DOC1722396rev1 発行：2015年07月 1/89 MR画像の成り立ち 不 可 ① まずは、ざっくりと復習 ② MR信号を取得するまで 転 載 ③ MR信号を取得してから DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 2/89 MRIってなに ?? Magnetic Resonance ＝ 磁気共鳴現象 B 転 A 載 不 可 共鳴とは？ C 音叉 B （磁場の中で起こる） 共鳴現象 ⇒ 実際のMRでは電波（RF）を使い共鳴現象を起こす DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 3/89 MRIってなに ?? MRIに必要な3つの要素 S N 不 可 Nuclear ＋ ＋ ＋ 水素原子 電波（RF） 転 磁石 載 ー 磁石と電波（RF）を使って水素原子の様子を画像化している DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 4/89 歳差運動と共鳴周波数 載 不 可 F = γB0 1H ⇒ 転 0.5T：21.3MHz 1.0T：42.6MHz 1.5T：63.9MHz F： 歳差運動周波数 γ： 磁気回転比（原子核固有） B0 静磁場強度 共鳴周波数 歳差運動の回転数 3.0T：127MHz DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 5/89 陽子 ＋ 電子 - 転 載 不 可 生体内における核磁気モーメント DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 6/89 静磁場（B0）における核磁気モーメント Bo Bo 転 載 不 可 上向きの方が多い ⇓ 全体では上向きの磁力 αスピン＞βスピン 1,000,006 ＞ 1,000,000 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 7/89 MRI装置における画像化の原理 ②RF送信 N極 「励起」 「緩和」 N極 N極 RFパルス 載 RFパルス S極 電波を放出 S極 転 S極 ③RF送信Stop 不 可 ①磁場発生 ④電波を受信 ⑤画像再構成 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 8/89 転 載 不 可 人体は小さな立方体の集合 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 9/89 不 可 磁石を近づけてみると・・・ 転 載 磁石① 磁場を感じるとある方向を向く DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 10/89 載 転 磁石① 不 可 もうひとつ別の磁石を近づけてみると・・・ 磁石② DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 11/89 載 転 磁石① 不 可 磁石②が急になくなるとどうなる？？ STOP!! 磁石② DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 12/89 不 可 元の向きに戻ろうとするが、その速さはバラバラ 転 載 磁石① DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 13/89 戻る速さ（緩和時間）の違いで色をつけてみる 不 可 緩和時間の短い組織 転 載 緩和時間の中程度の組織 緩和時間の長い組織 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 14/89 不 可 コントラストがつく 転 載 磁石① DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 15/89 不 可 コントラストがつく 転 載 磁石① DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 16/89 MR画像の成り立ち ① まずは、ざっくりと復習 不 可 ② MR信号を取得するまで 転 載 ③ MR信号を取得してから DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 17/89 MR装置本体の内部構造 1.マグネット 不 可 磁気共鳴状態をつくる 2.グラディエントコイル 転 3.RFコイル 載 傾斜磁場をつくる RFを送信する（内蔵ボディコイル） 液体ヘリウム 超電導状態の維持 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 18/89 MR装置本体の内部構造 1.マグネット 転 載 不 可 磁気共鳴状態をつくる 液体ヘリウム 超電導状態の維持 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 19/89 マグネット（超電導コイル） 永久磁石型 超電導磁石型 N N • • • • 転 載 不 可 S 高磁場が作れる(~7T) コンパクトで軽量 液体ヘリウムが必要 クエンチのリスク S • • • • 開放性が高い（オープンMR） 維持費が安い 磁場発生に電力や冷却不要 温度により磁気特性が変化 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 20/89 ② 18ch超伝導シム 載 ① パッシブシム 不 可 シミング → マグネットの精度調整 転 ①パッシブシム マグネットの内側に鉄片を貼り付 けて磁場を均一にする方法 ③ オートシム ②超伝導シム（アクティブシム） マグネットのシムコイルに電流を 流すことで磁場を均一にする方法 ③オートシム 患者がボア内に入ることで乱れた静磁場を傾斜磁場アンプの オフセット電流で補正する方法。撮影直前のチューニング時に行なう。 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 21/89 不 可 MR装置本体の内部構造 2.グラディエントコイル 転 載 傾斜磁場をつくる DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 22/89 傾斜磁場（グラディエント）とは？ マグネットが発生している磁場 = 静磁場（B0） 10 mT 転 載 不 可 傾斜磁場=傾斜磁場コイルに必要な時だけ電流を流して 発生させる、「動」磁場と言える。 -10 mT 1.5T マグネット中心 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 23/89 傾斜磁場(グラディエント)とは？ 傾斜磁場 + 静磁場で、磁場の勾配ができる。 1.49 T 1.51 T 転 載 不 可 場所によって磁場の強さが直線的に違っている。 マグネット中心 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 24/89 傾斜磁場(グラディエント)とは？ 実際の撮影中は傾斜磁場の向きが高速に切り替わっている。 1.49 T 1.51 T 転 載 不 可 （※図はZ軸方向のみ表示） マグネット中心 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 25/89 転 載 不 可 傾斜磁場コイルは3軸独立 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 26/89 傾斜磁場の仕組みと仕事 ・傾斜磁場は空間的な3軸に独立して印加することができる。 ・コイルに流す電流の向きで磁場の直線的な向きを逆にすることも可能。 不 可 ・組み合わせて印加することもできる。→オブリーク面の決定 Y方向（AP） 磁場強い 磁場強い 磁場弱い 転 載 磁場弱い X方向（RL） Z方向（SI） DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 27/89 傾斜磁場を作るには…Z軸方向を例にとると 電流 不 可 I B1 静磁場を 打ち消す方向 覚えていますか？ 右ねじの法則 載 強める方向 静磁場（B0） 転 磁場の強さ 磁界 B0 位置 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 28/89 検査時に発生する音の正体 不 可 覚えていますか？ フレミングの左手の法則 載 傾斜磁場コイルに電流を流すと、力が発生します。 傾斜磁場を高速で切り替えると、コイルにかかる力が高速で切り替わります。 転 コイルにかかる力 コイルにかかる力 電流 電流 磁界 磁界 。 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 29/89 転 3.RFコイル 載 不 可 MR装置本体の内部構造 RFを送信する（内蔵ボディコイル） DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 30/89 電波の送信と受信 転 載 不 可 RF送信（MRIで使用する電磁波の周波数） 1.5T : 63.85MHz 3.0T : 127MHz DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 31/89 サーフェスコイルによ って、微弱な信号を 受信するため、感度 を上げている。 転 載 不 可 コイルと電波シールド 100dBのRFシールドが施されており、外部ノイズを100億分の1に減衰させている。 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 32/89 シールドの必要性（周波数ノイズ） 転 載 不 可 外来ノイズをRFコイルが受信（周波数軸に直交する線が入るアーチファクト） DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 33/89 シールドの必要性（周波数ノイズ） 外来ノイズをRFコイルが受信（周波数軸に直交する線が入るアーチファクト） 周波数軸 不 可 63.896MHz 載 63.864MHz 転 ν^ 中心周波数：63.864MHz バンド幅 ：32kHz 63.832MHz 位相軸 〔発生原因〕 ・ 撮影室内にあるノイズ源（電気的なもの） ・ 撮影室のシールド劣化（扉の銅フィンガーの破損等） ・ システムクロストーク（MRが2台以上ある場合） DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 34/89 1：リニアコイル 転 載 不 可 最も基本的な円形コイル 3inch 5inch 一般的にCoil Sizeが小さいほど、Coil近傍のSNRは高くなる。 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 35/89 1：リニアコイル 転 載 不 可 最も基本的な円形コイル 3inch 5inch 一般的にCoil Sizeが小さいほど、Coil近傍のSNRは高くなる。 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 36/89 円形コイルを使用する際の向き 円形コイルが作り出す磁場は、静磁場に直交しなければならない。 転 載 不 可 静磁場に対して平行に設置するのが理想。 B0 B0 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 37/89 転 載 不 可 コイルセッティング角度による信号の違い DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 38/89 2：クワドラチャコイル（QDコイル） 目的：円形コイルよりもSNR向上 不 可 方法：2つのコイルを直交するように配置し、MR信号を0°及び90°位相がず れた位置で検出する。 転 載 →同じ場所の信号を2つのコイルで受信するのでSNRが良くなる DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 39/89 2：クワドラチャコイル（QDコイル） 目的：円形コイルよりもSNR向上 不 可 方法：2つのコイルを直交するように配置し、MR信号を0°及び90°位相がず れた位置で検出する。 →同じ場所の信号を2つのコイルで受信するのでSNRが良くなる 転 載 円形コイル QDコイル DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 40/89 送受信コイル 転 載 不 可 方法： コイル内の領域だけを選択的に励起し、受信する コイル外の隣接組織がほとんど励起されない コイル外からの折り返しアーチファクトを考えなくて済む DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 41/89 転 載 不 可 送受信コイル DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 42/89 コイルの特性 不 可 ① コイル自体が大きくなる程、広い範囲をカバーするが信号受信効率が悪くなる ② 小さいコイルは信号受信効率が高いが、カバーできる範囲が狭い。 転 載 そこで…フェーズドアレイコイルの登場 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 43/89 3：フェーズドアレイコイル 不 可 目的： 広い領域をSNR良く撮りたい 方法： 小径コイルを並べ、目的の撮像領域をカバーする 転 SNR=1.0 載 フェーズドアレイコイル サーフェスコイル（大） コイル中心 サーフェスコイル（小） DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 44/89 サーフェスコイルによるVolume収集を実現 小径コイルの特長を生かしつつ広範囲の信号を得る 転 載 不 可 高範囲、高SNR、高分解能 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 45/89 SNRの比較 8ch Brain Coil 転 載 不 可 1ch T/R Head Coil SpinEcho-T1w 512*256 5mm 4:20 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 46/89 フェーズドアレイコイルのメリット/デメリット 広範囲のSNRが確保される。 不 可 フェーズドアレイコイルを構成するコイルの数だけ情報が増える ⇒各コイルの空間的位置情報を利用するパラレルイメージング 載 が使用可能になり、高速撮影が可能。 転 同じ撮影範囲内でチャンネルを増やすとコイルが小さくなる ⇒深さ方向の感度が厳しくなる。 チャンネル数が多くなるとデータ量が増える ⇒画像計算時間がかかる。 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 47/89 MR画像の成り立ち ① まずは、ざっくりと復習 不 可 ② MR信号を取得するまで 転 載 ③ MR信号を取得してから DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 48/89 SpinEcho法で理解しよう 90° 不 可 z TE/2 TE/2 TE y y 転 x 載 z 90°パルス直後 SpinEcho 180° “分散” z z x x y x 180°パルス“収束” y 信号収集 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 49/89 SpinEcho法のシーケンスチャート 90° 180° RF Slice Select 不 可 Slice Select Gy（phase） Echo 転 Gx（frequency） Readout 載 Gz（slice） Phase Encode DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 50/89 スライス選択グラディエント Z軸方向の空間的位置情報 F=γBo.....ラーモアの式 Bo:磁場の強さ 1.5001T Z 転 γ:磁気回転比 載 F :歳差運動周波数 1.5T 不 可 1.4999T 63.850MHz 63.855MHz 63.859MHz Bo DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 51/89 傾斜磁場が発生していれば・・・ 傾斜がない （どこも同じ磁場の強さ） 傾斜がある （場所により磁場の強さが違う） RFパルス RFパルスを当てると、 転 載 B0 不 可 RFパルス 全てのスピンが共鳴し、断面を選べない RFパルスを当てると、 ある位置のスピンだけが共鳴する。 RFパルスの周波数を変えればスライス断面が変わる DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 52/89 どのようにスライス厚を決めているの？ 1.送信周波数帯域幅を変える 送信周波数帯域 不 可 （1.6T） 68kHz 転 66kHz 載 67kHz 65kHz （1.5T） 64kHz スライス厚 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 53/89 どのようにスライス厚を決めているの？ 2.傾斜磁場の強さを変える 送信周波数帯域 不 可 （1.6T） 68kHz 転 66kHz 載 67kHz 65kHz （1.5T） 64kHz スライス厚 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 54/89 つぎに… 不 可 MR画像を取得するためには面内の位置情報を持たせることが必要 ＝ エンコード 転 載 位置情報の符号化 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 55/89 位相・周波数 エンコードグラディエント X軸（周波数）・Y軸（位相）の空間的位置情報 フーリエ解析 転 載 不 可 Y X DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 56/89 k-spaceへ格納 載 不 可 ･ 空間的にエンコードされ、収集されたMR信号を格納する空間。 ･ 位相エンコード、周波数エンコードの軸で表示される。 ･ k-spaceを逆フーリエ変換することにより、画像が得られる。 転 逆フーリエ変換 k-space 処理後 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 57/89 転 載 不 可 まずは横方向・・・周波数エンコード DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 58/89 弱 転 磁場強度 載 不 可 位置に応じて周波数を変えるには？ 強 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 59/89 不 可 位置に応じて周波数を変えるには？ 転 弱 載 磁場強度 F = γB0 強 F： 歳差運動周波数 γ： 磁気回転比（原子核固有） B0 静磁場強度 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 60/89 磁場強度に比例して周波数も変化 磁場強度 強 全ての波形を合成 転 載 不 可 弱 これが1エコーで収集された DOC1722396 rev1 k-spaceの1ライン 発行：2015年07月 61/89 SpinEcho法のシーケンスチャート 90° 180° RF Slice Select 不 可 Slice Select Gy（phase） Echo 転 Gx（frequency） Readout 載 Gz（slice） Phase Encode DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 62/89 転 載 不 可 つぎは縦方向・・・位相エンコード DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 63/89 位相エンコードとは？ 位置により周波数を変える方法はもう使えません。 不 可 波の持つもう一つの性質「位相」で符号付けします。 載 位相とは？ 転 波形の周期における位置・角度 sin (ω t + θ ) これが位相 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 64/89 位相をズラすとは？ 不 可 y x 転 載 O 位相をπ/3ズラした状態 （π/3 ＝ 60°） DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 65/89 位相が揃った状態 ・ ・ ・ 載 ・ 不 可 ・ 転 ・ ・ ・ DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 66/89 位相が揃った状態 ・ ・ ・ 載 ・ 不 可 ・ 転 ・ ・ 周波数が同じなので合成して もただの正弦波。振幅は最大。 ・ DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 67/89 位相をずらす・・・1 ・ ・ ・ 載 ・ 不 可 ・ 転 ・ ・ 合成される波の振幅が小さく なる ・ DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 68/89 位相をずらす・・・2 ・ ・ ・ 載 ・ 不 可 ・ 転 ・ ・ 合成される波の振幅がさらに 小さくなる ・ DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 69/89 位相エンコードの実際 y O 被写体 転 載 不 可 x k-space DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 70/89 位相エンコードの実際 y O 被写体 転 載 不 可 x k-space DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 71/89 位相エンコードの実際 y O 被写体 転 載 不 可 x k-space DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 72/89 位相エンコードの実際 y O 被写体 転 載 不 可 x k-space DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 73/89 位相エンコードの実際 y O 被写体 転 載 不 可 x k-space DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 74/89 位相エンコードの実際 y O 被写体 転 載 不 可 x k-space DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 75/89 位相エンコードの実際 ・ ・ ・ 不 可 ・ 転 載 ・ ・ ・ ・ ・・ ・ DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 76/89 SpinEcho法のシーケンスチャート 90° 180° RF Slice Select 不 可 Slice Select Gy（phase） Echo 転 Gx（frequency） Readout 載 Gz（slice） Phase Encode DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 77/89 転 載 不 可 k-spaceの完成 周波数エンコード DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 78/89 k-spaceとは？ 転 載 不 可 ･ 空間的にエンコードされ収集されたMR信号を格納する空間。 ･ 位相エンコード、周波数エンコードの軸で表示される。 ･ k-spaceを逆フーリエ変換することにより、画像が得られる。 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 79/89 k-spaceの中心（center of k-space） 弱 強 載 弱 転 強 不 可 強 k-space •グラディエント強度が弱いため信号振幅が大きい。 •情報量が多いためAD変換による情報欠落が少ない。 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 80/89 k-space空間が持つ意味合い 高周波 不 可 k-spaceにはMR信号（波）が規則的に配置されている。 高周波 低周波 転 Gy 載 ・画像の輪郭 低周波 ・画像のコントラスト 高周波 Gx DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 81/89 転 載 不 可 k-space空間が持つ意味合い オリジナル画像 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 82/89 転 載 不 可 低周波成分だけで画像化すると 画像コントラスト DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 83/89 転 載 不 可 高周波成分だけで画像化すると 画像の輪郭 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 84/89 不 可 周波数成分と画像 転 載 低周波成分 オリジナル画像 高周波成分 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 85/89 本日のまとめ マグネット、グラディエントコイル、RFコイルが三大要素。 不 可 MR画像はRFと傾斜磁場を上手くコントロールして 転 載 作り出されている。 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 86/89 転 載 不 可 2015.06.10 第161 回磁気共鳴懇話会 ご清聴ありがとうございました DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 87/89 不 可 載 【製造販売業者の名称と連絡先、発行部署】 転 この資料は、製造元から提供される取扱説明書の操作方法・注意事項等を簡潔に記載したものであるため、 装置の操作にあたっては、製造元から提供される取扱説明書を参照してください。 安全使用に関しての注意等は省略されている場合があります。安全使用のための注意、患者さんの安全確保 のために、守っていただきたい事項などにつきましては、取扱説明書、添付文書に 従ってください。 製造販売業者 ： GEヘルスケア・ジャパン株式会社 住所 ： 東京都日野市旭が丘4-7-127 保守サービス連絡先 ： GEヘルスケア・ジャパン株式会社 住所 ： 東京都八王子市高倉町67-4 電話 ： 0120 – 055 – 919 FAX ： 042 – 648 – 2927 発行部署 ： ヘルスケア統括本部 Radiology推進本部 【薬事情報一覧】 Discovery MR750 Discovery MR750w Expert 3.0T Discovery MR750w 3.0T Optima MR450w Expert 1.5T Optima MR450w Optima MR360 Advance 1.5T Brivo MR355 Inspire 1.5T Optima MR360 Brivo MR355 Signa HDxt 1.5T Signa EXCITE HD 1.5T Signa EXCITE 1.5T Signa HDxt 3.0T Signa HDe SIGNA HorizonLX1.5T 認証221ACBZX00095000 ディスカバリーMR750 認証 223ACBZX00061000 ディスカバリーMR750w 認証 223ACBZX00061000 ディスカバリーMR750w 認証 223ACBZX00032000 オプティマMR450w 認証 223ACBZX00032000 オプティマ MR450w 認証 222ACBZX00009000 磁気共鳴断層撮影装置Optima MR360/Brivo MR355 認証 222ACBZX00009000 磁気共鳴断層撮影装置Optima MR360/Brivo MR355 認証 222ACBZX00009000 磁気共鳴断層撮影装置Optima MR360/Brivo MR355 認証 222ACBZX00009000 磁気共鳴断層撮影装置Optima MR360/Brivo MR355 認証 16100BZY00207000 シグナ核磁気共鳴コンピュータ断層撮影装置 認証 16100BZY00207000 シグナ核磁気共鳴コンピュータ断層撮影装置 承認 16100BZY00207000号 シグナ核磁気共鳴コンピュータ断層撮影装置 承認 21700BZY00014000 シグナEXCITE 3.0T 承認 20900BZY00067000 シグナエコースピードの類型SignaIGNITE 承認 61B第207 シグナ核磁気共鳴コンピューター断層撮影装置 DOC1722396 rev1 発行：2015年07月 88/89
